CN1012113B - 磁芯面装有包层的磁传感头 - Google Patents

磁芯面装有包层的磁传感头

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Abstract

磁传感头包括一个由铁氧体构成、具有两个芯翼(1，3)的磁芯，处在两磁芯芯翼表面(1B，3B)间的一个非磁化间隙(11)和一个穿过绕线孔(5)的线圈(7)。至少在其中的一个磁芯表面上有一个包层，该包层由镍铁合金层构成的第一层和在第一层之上的由铁硅铝合金构成的第二层。

Description

本发明涉及一种磁传感头，它包括：一个由一铁氧体构成的含有两个芯翼的磁芯，其磁芯芯翼有两个相互面对着的磁芯面，而且至少其一装有一层铁硅铝合金的包层，一个存在于两个磁芯面之间的非磁化传感间隙，和一个环绕在磁芯周围的以使电线圈穿过的绕线孔。
已经有过对于已知的这种磁传感头的公开和描述，尤其是出现IEEE1984.9.卷5月20，NO.5，P872-874，刊登J.J.M.Ruigrok的文章“间隙磁头中金属分析”中。
目前，录象机所用的传感头通常有一个锰锌铁氧体磁芯。在室温条件下，锰锌铁氧体的饱和磁化强度为0.5泰斯拉，按普通录象磁带的要求是足够的，例如CrO2磁带约具有56KA/M的矫顽力Hc。如果采用较高矫顽力的磁带，例如铁磁带约为80-160KA/M的矫顽力来改进磁带记录的质量的话，则此磁带将不会有满意的记录。为了在磁带上记录信息，由传感头在传感间隙区产生的磁场事实上是受传感头磁芯中铁氧体的较低饱和磁化强度的限制。因此，要确保高矫顽力磁带的最佳记录，则传感头记录场的场强是不够高的。
在开头的章节中所定义的已知传感头，是通过在传感间隙的任一边上，至少一个磁芯面上溅射一层铁硅铝合金的办法来解决上述问题的。实际上，溅射在磁芯面上的铁硅铝合金增强了传感头的记录重放特性。此外，铁硅铝合金是一种耐磨材料，由于磁带沿着传感头磁带接触面移动，以致能缓和挖空的传感头。
已知传感头的缺点是：由铁氧体磁芯和铁硅铝层之间构成的伪间隙即侧间隙，使相长干涉和相消干涉产生麻烦的振荡，在已知的传感头的频率特性中，它出现在磁芯和铁铝硅层的交界面区。
为了在铁氧体磁芯的磁头中减小伪间隙产生的 不利影响，美国人T·kobayaski在1985年4月29日至5月2日出版的美国IntermagP.DA-1出版文摘上发表了题为“一个溅射有铁硅铝合金的斜置铁氧体录象头”的文章。提出，对于安置面的中间部分，以这样的方式产生伪间隙，即：伪间隙不平行于传感间隙，而与这间隙成一角度。
事实上，使用这种方法的磁头受伪间隙的影响很小。但是这种磁头的结构相当复杂，从技术的角度来看不易制造。
本发明的一个目的是从技术的角度采用简单的方法解决伪间隙产生的问题，以改进开头章节所定义的传感头。
为此，根据本发明的传感头其特征是：磁芯面上装有由镍铁合金组成的包层，镍铁合金层被装在磁芯面上，而铁硅铝合金层被装在镍铁合金层上。
在根据本发明的传感头中，在铁氧体磁芯到镍铁合金层的变换处不产生伪间隙，在镍铁合金层和铁硅铝合金层变换处也不产生伪间隙。因此，由传感头良好的频率特性清楚地显示出，没有出现侧间隙可能产生的微扰。
根据本发明，按照已知技术，传感头能采用简单的方法进行制造，其中不同的层次是通过例如溅射的方法一层一层地提供的。
根据本发明的传感头的一个主要实施例，它具有在高矫顽力记录介质上记录信息的良好特性，而且它能以引人注目的便宜方法进行制造，其特征是：该包层装在两个磁芯面上，而形成等宽度的平行间隙边界面，并由此面确定传感间隙的隙缝宽度。中心磁芯面部平行于延伸在磁芯的芯翼和它们的包层间的间隙界面，同时斜磁芯面部件与延伸在其任一边的中心磁芯面部件构成一个角度，该中心磁芯面部件的宽度大于间隙界面宽度的一半。
根据本发明的传感头，包层可以比已知磁头，例如欧洲专利申请0，125，891发表的磁头薄得多。其优点是：用已知的溅射方法不难提供磁芯面上的包层。
从制造技术的观点来看，一种好的实施例其特征为：中心磁芯面部件的宽度实际上至少等于间隙界面的宽度。
一更为期望的实施例其特征为：在磁芯芯翼和它们的包层之间的传感间隙的任一边，把另一个磁芯面部件延伸接到斜磁芯面，且平行于中心磁芯面。特别感兴趣的是，本实施例能用简单的方法制造，因为在传感头溅射以后，在传感间隙的任一边不需要装局部压缩磁带接触面的凹槽。
尤其，当上述实施例达到良好的结果时，其特征为，确定包层厚度的关系式为：
D1≥1/3·W1（1-Mf/Mb）
其中D1是铁硅铝合金层和镍铁合金层的总厚度，W1是隙宽，Mb是该层材料的加载饱和磁化强度，Mf是铁氧体饱和磁化强度。加载饱和磁化强度在这里理解为：
Mb＝（ts·Ms+tp·Mp）/D1
其中ts是铁硅铝合金的厚度，Ms是这一层的饱和磁化强度，tp是镍铁合金厚度，Mp是这一层的饱和磁化强度。
根据本发明传感头的另一个主要实施例，其特征为：包层装在两个磁芯面上，而形成用以确定构成传感间隙的隙宽的等宽度的平行间隙面，磁芯面平行于延伸在磁芯芯翼和它们的包层间的间隙边界面，同时该芯芯面的宽度大于间隙界面的宽度，而在传感间隙任一边的包层具有从间隙面延伸到该磁芯面的侧面，且与磁芯面构成一锐角。
利用本发明的传感头可实现高效率和其中侧缝效应几乎不为人注意的频率特性。因为在传感头中使用了与EP0，125，891中发表的先有技术完全相反的测量，更为惊人的是，得到了特别满意的测量结果。
在EP0，125，891所述的磁头中，它的磁芯是用比铁氧体磁芯的饱和磁化强度高的磁性材料一厚层涂复在传感间隙的至少一个边上，这包层在实际上装在相对于包层构成的间隙面倾斜配置的、由涂层构成的两个磁芯面上，用这样的方式构成的间隙面，即磁芯面平行于斜置磁芯面之间的间隙面，磁芯面的宽度至多等于尽可能小的传感间隙的宽度的一半。事实上，在欧洲专利局的该申请中断言，由于中心磁芯面宽度的增加，在磁芯和包层之间的变换区出现的这种侧间隙效应（边缘效应），使磁头的频率特性显著地受到干扰。但是，在磁芯面的宽度可能最小的情况下或在完全没有磁芯面的情况下，几乎没有侧间隙效应的干扰，然而，在已知的磁头中，侧间隙仍产生磁势损耗和随之而来的信号损耗。
在EP0，125，891中发表的磁头具有的厚包 层，约为磁头隙缝宽度的一半或磁带磁迹宽度的一半，厚包层的缺点是：制造困难，需要复杂的制造技术。然而，位于斜磁芯面之间很窄的中心磁芯面是难于用普通锯法技术实现的。
根据本发明传感头另一种的实施例附加优点是：没有斜磁芯面。实际上，在设置包层的面上无需给出轮廓，这便大大间化了磁头的制造。包层的侧面可用已知的激光技术方法制成，在其处理过程中，间隙也可按所需的宽度制成。
由该侧面与磁芯面构成的角度最好为45°，但是用20°～70°之间的角度也可能达到良好的结果。
上述定义的传感头，作为另一种主要实施例最佳的特点是：包层的厚度由下列关系式确定：
D2≥1/2（（Mb/（Mf·Sinα））
Figure 87104317_IMG1
1）W2·tanα
其中D2是铁硅铝合金层和镍铁合金层的总厚度，W2是缝隙宽度，Mb是该层材料的加载饱和磁化强度，Mf是铁氧体的饱和磁化强度，而α是侧面和磁芯面之间的夹角。
值得注意的是，相对于铁硅铝合金层的厚度，镍铁合金层的厚度尽可能要小，使之对于包层的厚度而言它基本上无贡献。此外值得注意的是：为了达到设想的目的，二包层之一的材料的导磁率比另一层材料的导磁率高是不重要的。
现用举例的方法，参照附图对本发明进行详细的描述，其中：
图1是根据本发明传感头第一实施例的透视正视图，
图2是第二实施例类似的正视图，
图2A表示第二实施例的频率特性，
图3是第二实施例部件的大比例顶视图，
图4是按照第二实施例的传感头部件的大比例顶视图，
图5是根据本发明传感头的第三实施例的正视图，
图6是第三实施例部件的大比例顶视图，
图中表示的传感磁头适合于高矫顽力磁带的记录和读出。
图1传感头的磁芯包括两个磁芯芯翼1和3和一个绕线孔5。绕线孔5使线圈7绕制在一个磁芯芯翼周围。磁芯芯翼1和3是用铁氧体制成的，例如单晶锰锌铁氧体是用如玻璃或石英一类的非磁性材料的粘附层9固定在一起的。
磁芯芯翼1和3分别具有接触面1A和3A，其上的磁带（未标出）在传感头工作期间以箭头A的方向移动。靠近接触面1A和3A，层9构成一个延伸在磁芯芯翼1和3之间的非磁性传感间隙11，其间隙长度约为0.3μm。
在实施例中所表示的磁芯芯翼1和3中，每一个都有一十分平坦的磁芯面，分别为1B和3B，面对着间隙11，在那些磁芯面上的包层由两层13和15构成。在传感头任一边的磁芯面1B和3B受两个凹槽17的限制，一部分在由接触面1A和3A构成的磁带接触面中延长，另一部分延伸到传感头的侧面为止。层13由镍铁合金例如Ni80Fe20制成，并用例如溅射或蒸发沉积的方法装在磁芯面1B和3B上，而层15由铁硅铝合金例如Fe85.8Si9.2Al5.0制成的，并采用溅射、蒸发沉积或另一种方法装置在层13上。
如果镍铁合金是用溅射的方法设置的，则Ar-N2气体混合物在溅射期间可用来增加溅射合金的硬度。在溅射期间，这种气体的使用是已知的，而且特别在DE-3342533中发表了。
由实验可知，达到良好结果的层的厚度值为：对于层13是0.05-2.0μm之间，对于层15是1-10μm之间。这些值仅作为例子，因为超过表示的范围也能达到满意的结果。
在实施例中表示的传感间隙，从横向看，与磁带移动方向成直角。实施例中的传感间隙，在观察方向上，与该可能的运动方向不按直角定位。
图2表示的传感头201适合于高矫顽力的磁带的记录和读出。传感头201由具有两个磁芯芯翼203和205构成的一个磁芯构成，该磁芯设有一个线孔207，通过它绕制线圈209。磁芯芯翼203和205由单晶锰锌铁氧体构成，用密封材料，例如区域211和213中的玻璃封在一起。于是在区域211中构成了传感间隙215，磁芯芯翼203和205有一个磁带接触面217，沿着该面，当传感头201工作期间，磁带以箭头A1方向移动（未标明）。
在图3和图4中所示的传感头可见部分与根据图2的传感头部件相对应的部件有相同的参考号数。
如图2、图3和图4表示的那样，包层装在磁芯芯翼203和205上，包层由镍铁合金层223和铁硅铝合金层225构成，包层分别构成（参照详图3和图4）等宽度的两个平行间隙面225A和225B。这些间隙界面225A和225B便限定了传感间隙15的隙宽度W1，而传感间隙是填充有非磁性材料，例如玻璃或石英。至少在这些实施例中，缝隙宽度的取向与磁带移动的方向成直角。实施例中的这两个方向互相不成直角，当然也可以成直角。
根据本发明，中心磁芯面部件203A和205A处在磁芯芯翼203和205和包层之间，而在这些磁芯面的任一侧，邻接与中心磁芯面部件成一个角度的斜磁芯面部件203B和205B。中心磁芯面部件203A和205A几乎与间隙边界的宽度相等。在图2、图3和图4的实施例中，另一个磁芯部件203C和205C邻接到所提供的斜磁芯面部件，使它平行于中心磁芯面部件203A和205A延伸。不仅将磁性材料层涂复在传感间隙区域的磁芯面部件203A、B、C和205A、B、C上，而且还涂复在邻近该磁芯面部件和面对着传感间隙215的另一个磁芯面部件上，这样做对于对磁带接触面217的间隙215提供磁通是有利的，以便在磁芯芯翼203和205面对着的间隙215的边面上，按整个高度h提供一个包层。在传感头制造过程中，利用如锯的方法制成磁芯面以后，可用如溅射、电沉积或蒸发沉淀的方法，将包层223和225置于磁芯芯翼203和205上。在提供了包层223和225以后，磁芯芯翼203和205可封在一起。
图4所示的磁头已经过外部加工处理。其中，为使在传感间隙215附近的磁带接触面217收缩，用激光的方法做了两个凹槽219。
在说明书的描述中，已给出了关系式来确定包层的厚度D1，根据图1的实施例，其厚度为3μm，间隙宽度W1最好小于18μm。
图2A表示了根据图2这种传感头的频率特性，即用输出信号V作为测量频率f的函数。它的包层由厚度0.5μm的镍铁合金层和厚度为2.5μm的铁硅铝合金层构成。可清楚地看到，在频率特性中几乎没有产生振荡。
图5和图6所示的根据本发明的传感头101，大抵和上述的传感头具有相同的特性。传感头101有两个铁氧体的磁芯芯翼103和105，它们同接触面117一起构成一个磁心，一个同传感头101协作的、做为信息载体的磁带在接触面117上以箭头2所示的方向移动。一个线圈109穿过孔107，装在磁芯翼105周围。磁芯芯翼103和105用例如玻璃的封闭层113接在一起，而每一个具有一个磁芯面分别103A和105A。磁芯面103A和105A相互面对而且相互平行。由层123和层125构成的包层装在两个铁芯面103A和105A的每一个上，层123和125分别由镍铁合金和铁硅铝合金构成。包层125构成一个间隙面125A和125B，这界面分别有预定的宽度及同本实施例中箭头2成直角的方向，并沿此方向确定其宽度。整个间隙边界面限定了一个具有宽度W2的传感间隙115。传感间隙是由非磁化材料层例如石英构成的，它也可用来将包层125封在一起。
在传感间隙115前后的两个磁芯芯翼103和105分别成为楔形。当按箭头A2方向观察时，根据本发明的实质是：这楔形也在包层中出现，这就意味着，包层123和125分别具有侧面123B1和125B1，与磁芯面103A和105A分别构成一个锐角α。包层123和125的侧面123B1和125B1以及楔形磁芯芯翼可以用已知的邀光技术来实现。在本实施例中，角α等于45°，包层123和125的厚度之和D2可用说明书中已叙述的关系式确定。
在后面的实施例中，其中间隙宽度W2为20μm，该角度α为45°，厚度D2最好为5μm。
当然，本发明不限于上述的实施例，在本发明领域内可以有许多个实施例。

Claims (8)

1、磁传感头包括：
一个由铁氧体构成的具有两个磁芯芯翼的磁芯，其中磁芯芯翼具有两个互相面对着的相应的磁芯面，而至少其中之一所述磁芯面装有铁硅铝合金层构成的包层；
一个延伸在磁芯面之间的非磁化传感间隙；和一个电线穿过其中的绕线孔，所述线圈设在磁芯翼周围；
其特征在于：包层处在磁芯面上，它还包括一个镍铁合金层，镍铁合金层上还有一个铁硅铝合金层。
2、如权利要求1所述的一种磁传感头，其特征在于：该包层装在两个磁芯面上，而形成用于确定构成传感头的隙缝宽度的等宽度的平行间隙界面，中心磁芯面部件平行于延伸在磁芯芯翼和它的包层之间的间隙界面，而斜磁芯面部件与延伸在它任一边的中心磁芯面构成一个角度，该中心磁芯面部件的宽度大于间隙界面宽度的一半。
3、如权利要求2所述的一种磁头，其特征在于：中心磁芯面部件的宽度至少基本上等于间隙界面的宽度。
4、如权利要求2或3所述的一种磁头，其特征在于：另一个磁芯面部件延伸在磁芯芯翼和包层之间的传感间隙的任一边，磁芯面部件与斜磁芯面部件邻接，并与中心磁芯面平行。
5、如权利要求2、3或4所述的磁头，其特征在于：包层厚度由下列关系式确定：
D1≥1/3W1（1-Mf/Mb）
基中D1是铁硅铝合金层和镍铁合金层的总厚度，W1是间隙宽度，Mb是该层材料的加载饱和磁化强度，Mf是铁氧体的饱和磁化强度。
6、如权利要求1所述的一种磁传感头，其特征在于：该包层装在两个磁芯面上，而形成用以确定构成传感头的隙缝宽度的等宽度平行间隙面，磁芯芯面平行于延伸在磁芯芯翼和它的包层间的间隙界面，而该磁芯面的宽度大于间隙界面的宽度，在传感间隙任一边上的包层具有从间隙界面延伸到磁芯面的侧面，并与该磁芯面构成锐角。
7、如权利要求6所述的一种磁头，其特征在于：该角度值在20°～70°之间。
8、如权利要求6或7所述的一种磁头，其特征在于：包层的厚度由下列关系式确定：
D2≥1/2（Mb/（Mf·SSinα））-1）W2·tanα
其中：D2是铁硅铝合金层和镍铁合金层的总厚度，W2是隙缝宽度，Mb是该材料的加载饱和磁化强度，Mf是铁氧体的饱和磁化强度，而α是该侧面与磁芯之间的角度。
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